熊本大學產業奈米材料研究所特任教授細川伸也、客座教授拉斯羅·普斯泰（匈牙利科學院並任）與法國國家科學研究中心（CNRS）、德國馬爾堡大學、高輝度光科學研究中心（JASRI）、物質·材料研究機構（NIMS）、東北大學金屬材料研究所、法國勞埃·蘭朱班研究所（ILL）、英國巴斯大學共同進行了X射線異常散射實驗以及使用強中子源的中子繞射實驗，成功在目前最大尺寸、形狀大於8cm的塊狀金屬玻璃Pd 42.5Ni 7.5Cu 30P 20（PNCP）中捕捉到了鈀（Pd）·鎳（Ni）·銅（Cu）·磷（P）的原子排列特徵。
圖1 Pd 42.5Ni 7.5Cu 30P 20金屬玻璃三維原子排列（提供：熊本大學）
金屬玻璃與普通透明玻璃不同，通常認爲很難製作出原子不規則排列的玻璃， 直到2000年左右，人類才製作出釐米級別的塊狀玻璃。然而，對於如何組合金屬元素才能更容易製作出玻璃形態，過去只有經驗法則，與現代精密科學相去甚遠。
本次研究中，在原子排列方面，重點在於區分Pd、Ni、Cu、P各種元素的作用，找出各自的特徵。爲此，透過X射線異常散射實驗和中子繞射實驗，以全球最高精度收集了元素的5種不同作用資料。數據分析使用了逆蒙地卡羅法分析得到的結果，原子排列的分析使用了玻羅諾伊法和分區同質學法。最終，透過與玻璃形成能力稍遜一籌的母合金Pd 40Ni 40P 20（PNP）和Pd 40Cu 40P 20（PCP）的分析結果進行詳細對比，明確了與玻璃形成能力直接相關的原子排列特徵。
關於金屬玻璃的玻璃形成能力，最近的研究認爲，具有兩種不同性質的原子集團相互競爭，難以形成結晶。而利用PNCP金屬玻璃得出瞭如下結論：由於具有共價鍵性質的Pd-P與Ni或Cu第二金屬形成的金屬簇發生競爭，能夠產生優秀的玻璃形成能力。
細川特任教授表示：「我對此次的實驗結果能否顯示出與其他元素製成的金屬玻璃相同的傾向非常感興趣。未來希望研究以鋯（Zr）作爲主要金屬元素的金屬玻璃的原子排列。如果結果相同，本次發現的結果就對於開發更穩定的金屬玻璃具有極其重要的意義」。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Journal of Non-Crystalline Solids596121868-1-12（2022）
論文：Relationship between atomic structure and excellent glass forming ability in Pd 42.5 Ni 7.5 Cu 3 0 P20 metallic glass
DOI：https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2022.121868
